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第,8,章,酸碱平衡,Chapter 8,acid-base equilibrium,8.1,酸碱理论简介,8.2,质子,酸碱理论,8.5,缓冲溶液,8.3,弱酸、弱碱、水溶,液的质子转移平衡,The,acid-base model,The,Bronsted-Lowry,acid-base model,Buffer solution,Weak acid,weak base and the transfer of a,proton in the autoionication of water,8.4,盐的水解,Hydrolysis of salts,“中学化学大科普的是更具有化学史意义的酸碱概念”主要论据的来由,早期，人类是通过口尝手摸，根据酸涩味道与滑腻感来区分酸碱性。这种认识方法直到,17,世纪波义耳发现酸碱指示剂之前。,17,世纪波义耳最早通过有目的的科学实验，以试剂试纸变色区分酸碱，很实用，辅以后来的,pH,值，应该是至今最明确区分物质酸碱性的标准，至今基本仍通用。,18,世纪拉瓦锡最早尝试理论解读酸，认为氧是酸素。,19,世纪的,1815,年，戴维宣布引发酸性的元素应该是氢。,19,世纪的,1838,年，李比希认为酸是一种可被金属置换出氢的物质，提出活性氢概念。,19,世纪末叶，阿仑尼乌斯提出电离理论，人们以电离出氢离子或氢氧根离子来界定酸碱。,20,世纪的,1923年，酸碱的现代分类与定义“质子理论”与“电子理论”问世，,1963,年软硬酸碱理论面世。这些定义将更全面、更广泛的实验事实归纳在一起。,1887年,Arrhenius,提出“电离说”,(,Arrhenius acid-base concept),酸指在水中电离出的阳离子全部为,H,+,：,碱指在水中电离出的阴离子全部为,OH,-,：,H,2,SO,4,=HSO,4,+H,+,-,NaOH=Na,+,+OH,-,中和反应的实质是,H,+,+OH,-,=H,2,O,布朗斯特酸碱理论(酸碱质子理论),the Bronsted-lowry aeid-base model,布朗斯特,(,Br,f,nsted J N,1879-1947),丹麦物理化学家.因其酸、碱质子理论而著名于世.,酸：反应中任何能给出质子的分子或离子，即质子给予体,碱：反应中任何能接受质子的分子或离子，即质子接受体,酸碱反应是指质子由质子给予体向质 子接受体的转移过程,路易斯酸碱理论,(,lewis acid-base theory),路易斯,(,Lewis G N,1875-1946),美国物理化学 家，曾获英国皇家学会戴维奖章、瑞典科学院阿仑尼乌斯奖章、美国吉布斯奖章等,lewis,酸,：凡是可以接受电子对的分子、离子或原子.如,Fe,3+,Fe,Ag,+,BF,3,等;,lewis,碱,：凡是给出电子对的离子或分子.如 :,X,:NH,3,:CO,H,2,O:,等;,lewis,酸与,lewis,碱之间可以配位键结合生成酸碱加合物.,CuSO,4,Cu(NH,3,),4,SO,4,酸：反应中任何能给出质子的分子或离子，即 质子给予体,碱：反应中任何能接受质子的分子或离子，即 质子接受体,酸碱反应是指质子由质子给予体向质 子接受体的转移过程,1,、,定义,(,definition),HF(g)+H,2,O(l)H,3,O,+,(ag)+F,-,(ag),HF(ag)+NH,3,(ag)NH,4,+,(ag)+F,-,(ag),H,2,O(l)+NH,3,(ag)OH,-,(ag)+NH,4,+,(ag)H,2,S(ag)+H,2,O,(l)H,3,O,+,(ag)+HS,-,(ag),水是两性,2,、,两性物质,3,、,共轭酸碱对,(,conjugate acid-base pair),两个共轭酸碱对之间的质子传递,4,、,酸碱反应的实质,酸和碱的解离反应,酸和碱的中和反应,H,+,H,+,H,+,盐的水解,H,+,H,+,H,+,-电离度,(,degree of ionization),5,、,酸碱的强弱,6,、,酸碱电离平衡,HB(,aq,)+H,2,O(,l,)B,-,(,aq,)+H,3,O,+,(,aq,),该反应的标准平衡常数 叫,酸的电离常数。,c,(B,-,)/moldm,3,c,(H,3,O,+,)/moldm,-3,=,c,(HB)/moldm,-3,Ionization constants of some common acids in water at 298 K,*,values in brackets were not measured in aqueous solution.,Name,HB,B,-,K,a,p,K,a,Hydroiodic acid,Perchloric acid,Hydrobromic acid,Hydrochloric acid,Sulfuric acid,Hydronium ion,Sulfurous acid,Hydrogensulfate ion,Phosphoric acid,Hydrofluoric acid,Carbonic acid,Hydrogen sulfide,Ammonium ion,Hydrocyanic acid,Hydrogencarbonate ion,Hydrogenphosphate ion,Water,HI,HClO,4,HBr,HCl,H,2,SO,4,H,3,O,+,H,2,SO,3,HSO,4,-,H,3,PO,4,HF,H,2,CO,3,H,2,S,NH,4,+,HCN,HCO,3,-,HPO,4,2-,H,2,O,I,-,ClO,4,-,Br,-,Cl,-,HSO,4H,2,O,HSO,3,-,SO,4,2-,H,2,PO,4,-,F,-,HCO,3,-,HS,-,NH,3,CN,-,CO,3,2-,PO,4,3-,OH,-,(10,11,),(10,10,),(10,9,),(10,7,),(10,2,),1,1.510,-2,1.210,-2,7.510,-3,3.510,-3,4.310,-7,1.310,-7,5.610,-10,4.910,-10,4.810,-11,2.210,-13,1.010,-14,(-11),(-10),(-9),(-7),(-2),0.0,1.81,1.92,2.12,3.45,6.37,6.88,9.25,9.31,10.32,12.67,14.00,值越大，酸性越强.大于时的酸为强酸，小于的酸为弱酸.,对二元和三元酸（如,H,2,S,和,H,3,PO,4,）,而言，还有第二步和第三步质子转移反应的相应常数.,的值可跨越24个数量级，常数用 代替：,8.3,水的解离平衡,Auto Ionization,K,w,=H,3,O,+,OH,-,=1.00 x 10,-14,(at 25,O,C),In a,neutral,solution H,3,O,+,=OH,-,so K,w,=H,3,O,+,2,=OH,-,2,and so H,3,O,+,=OH,-,=1.00 x 10,-7,M,H,2,O(l)+H,2,O(l),H,3,O,+,(aq)+OH,-,(aq),pH=-Log H,+,pOH=-Log OH,-,pH+pOH=14.00,H,3,O,+,OH,-,and pH,pH=log(1/H,3,O,+,)=-log H,3,O,+,碱性,Basic pH 7,中性,Neutral pH=7,酸性,AcidicpH 7,H,3,O,+,=10,-pH,The pH scale,Measuring pH,Calculating H,3,O,+,&OH,-,You add 0.0010 mol of NaOH to 1.0 L of pure water.Calculate H,3O,+,and OH,-,.,Solution,2 H,2,O(liq),H,3,O,+,(aq)+OH,-,(aq),initial00.0010,change+x+x,equilibx0.0010+x,K,w,=(x)(0.0010+x),Because x 0.0010 M,assume OH,-,=0.0010 M,H,3,O,+,=K,w,/0.0010 =1.0 x 10,-11,M,The pH of Coke is 3.12,it is _.,What is H,3,O,+,?,H,3,O,+,=10,-3.12,=7.6 x 10,-4,M,Equilibria Involving Weak Acids and Bases,Aspirin is a good example of a weak acid,K,a,=3.2 x 10,-4,8.4.1,一元弱酸和弱碱,8.4.2,多元弱酸,8.4.3,盐溶液,8.4,弱酸、弱碱水溶液的解离平衡,离子化,分子化,一、,一元弱酸和弱碱,(1),一元弱酸的电离平衡,电离度,HA(aq)H,+,(aq)+A,(aq),初始浓度,c,0 0,平衡浓度,c c,c,c,稀释定律,：在一定温度下（,为定值），某弱电解质的电离度随着其溶液的稀释而增大,(2),一元弱碱的电离平衡,同理对一元弱碱：,开始0.200 0 0,平衡 0.200(1 0.934%)0.2000.934%0.2000.934,已知25时，0.200,molL,-,1,氨水的电离度为0.934%，求,c,(OH,),pH,值和氨的离解常数.,Example,Solution,H,2,S H,+,+HS,HS,H,+,+S,2,H,2,O H,+,+OH,8.4.2,多元弱酸溶液的离解平衡,(,polyprotic weak acids aqueous solution dissociation equilibrium),H,2,S 2H,+,+S,2-,H,2,S,饱和溶液中,c,(H,2,S)=0.10 molL,-1,计算 0.100,molL1,H,2,S,溶液中,H,+,OH,S,2,的浓度及,pH,值.,Example,Solution,H,2,S H,+,+HS,平衡浓度/(,molL,-1,),0.100,x,x,+,y,+,z x-y,HS,H,+,+S,2,平衡浓度/(,mol L,-1,),x,y x,+,y,+,z y,H,2,O H,+,+OH,平衡浓度/(,mol L,-1,),x,+,y,+,z z,结 论,多元弱酸的离解是分步进行的，一般溶液中的,H,+,主要来自于弱酸的第一步离解，计算,c,(H,+,),或,pH,时可只考虑第一步离解.,对于二元弱酸，当 时，,c,(,酸根离子)，而与弱酸的初始浓度无关.如对于,H,2,S，,c,(S,2,)，,但,c,(H,+,)2,c,(S,2,),对于二元弱酸，若,c,(,弱酸)一定时，,c,(,酸根离子)与,c,2,(H,+,),成反比,如对于 饱和,H,2,S，,8.5.1,缓冲溶液的概念,8.5.2,缓冲溶液,pH,值的计算,8.5,缓冲溶液,(,buffer solution),50,mLHAcNaAc,(,c,(HAc)=,c,(NaAc),=0.10molL,-1,),pH=4.74,8.5.1,缓冲溶液的概念,加入1滴(0.05,ml)1molL,-1,HCl,加入1滴(0.05,ml),1molL,-1,NaOH,实验：,50,mL,纯水,pH=7,pH=3 pH=11,pH=4.73 pH=4.75,什么是缓冲溶液？,Adding H,+,and OH,-,to HC,2,H,3,O,2,/C,2,H,3,O,2,-,Buffer,缓冲溶液的特性,：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液适当 稀释，而溶液本身,pH,值能保持相对稳定,Buffers in the Blood,Cells can only function properly when the pH is between 6.8 8.0.,The normal pH of arterial blood is,7.35 7.45,.,The bicarbonate/carbonic acid system is an important buffer system in the blood.,H,2,O,CO,2,+H,2,O,H,2,CO,3,H,3,O,+,+HCO,3,-,Excess H,3,O,+,entering the body fluids reacts with the HCO,3,-,and excess OH,-,reacts with carbonic acid.,H,2,O,CO,2,+H,2,O,H,2,CO,3,H,3,O,+,+HCO,3,-,CO2,H3O+,pH.,Acidosis,.,emphysema,difficulty with breathing,medulla affected by depressive drugs or accident trauma.,CO2,H3O+,pH.,Alkalosis,.hyperventilation causes expiration of a lot of carbon dioxide eg.excitement,trauma,high temperatures,缓冲的缓冲原理,HAcNaAc,溶液：,加入少量强酸时，溶液中大量的,Ac,与外加的少量的,H,+,结合成,HAc，,当达到新平衡时，,c,(HAc),略有增加，,c,(Ac,),略有减少，变化不大，因此溶液的,c,(H,+,),或,pH,值基本不变,加入少量强碱时，溶液中大量的,HAc,与外加的少量的,OH,生成,Ac,和,H,2,O，,当达到新平衡时，,c,(Ac,),略有增加，,c,(HAc),略有,减少，变化不大，因此溶液的,c,(H,+,),或,pH,值基本不变,Buffers,若将,0.1 mol L,-,1,HCN(aq),和 0.,1 mol L,-,1,NaCN,同体积混合组成混合溶液，此溶液是否具有缓冲效应，为什么？若取上述混合溶液,1L,，分别加入0.,0100 mol HCl,和,NaOH,，求加入,HCl,和,NaOH,后溶液的,pH,值各变为多少？,8.5.2,缓冲溶液,pH,值的计算,Buffer pH,Henderson-Hasselbalch Equation,The pK,a,of the weak acid component of the buffer.,